Технологии бесконтактной идентификации

Общий обзор технологий бесконтактной идентификации

  • Идентификация — это установление характера и назначения изделия на основе получения набора упорядоченной информации, которая используется для выяснения всех существующих характеристик, определяющих уникальность, т.е. отличающих его от всех других изделий.
  • Бесконтактная идентификация в ряде источников — автоматическая идентификация (АИ) — идентификация и (или) прямой сбор данных в компьютер без использования клавиатуры.
  • Технологии бесконтактной идентификации — технические средства, организационные мероприятия, последовательность действий, обеспечивающие бесконтактную идентификацию. Данные технологии наиболее полно соответствуют всем требованиям компьютерной системы управления, где требуются распознавание и регистрация объектов и прав в режиме реального времени.

В настоящее время известен ряд технологий бесконтактной идентификации. Среди них:

  • — карточные технологии;
  • — биометрические технологии;
  • — технологии штрихового кодирования;
  • — технологии радиочастотной идентификации.

Карточные технологии (Card Technologies) делятся на три

класса: технологии на основе магнитной полосы, смарт-карты, оптической карты.

Карточки на основе магнитной полосы. Первая карточка с магнитной полосой появилась в 1960-х гг. на проездных билетах, а в 1970-х гг. — на банковских карточках. С того времени область применения карточек с магнитной полосой продолжает расти. Однако магнитная полоса ограничена по объему информации, которая может быть записана на нее, также остро стоит вопрос надежности считывания и безопасности данных. С появлением новых технологий обсуждается вопрос о целесообразности развития карт с магнитной полосой. В ближайшее время эта технология будет существовать, так как она глубоко внедрилась в жизнь общества и обеспечивает недорогие массовые технические решения.

Смарт-карта (другие распространенные названия — чип- карта, интегрированная карта) представляет собой предмет размером с пластиковую кредитную карту, в котором размещена интегральная микросхема для хранения информации. Принято различать пассивные смарт-карты, другое название — «молчаливые», и активные смарт-карты, другое название — «умные», интеллектуальные. Смарт-карты первого типа содержат только микросхему памяти и используются только для хранения информации. Второй тип смарт-карт содержит наряду с микросхемой памяти микропроцессор. В этом случае карта имеет возможность принимать решения о хранящейся информации и обеспечивать различные методы для защиты доступа к ней. Именно безопасность в свое время рассматривалась как основная причина замены других технологий смарт-картой.

Смарт-карта, содержащая микропроцессор, также делится на два вида: контактная и бесконтактная. Оба вида имеют встроенный микропроцессор, однако последняя не имеет контактов, покрытых золотом. Она использует технологии обмена информацией между картой и считывающим устройством без какого-либо физического контакта, ее преимуществом является больший срок службы, для нее исключена возможность уничтожения информации в процессе считывания. Хотя в последнее время цены на смарт-карты значительно упали, они остаются достаточно высокими по сравнению с картами с магнитной полосой. Самым большим преимуществом смарт- карт является большой объем информации, который может быть записан на ней, и безопасность информации, которую также обеспечивает карта. Первое упоминание о смарт-картах появилось во Франции в 1974 г., в практику они были внедрены также во Франции в 1982 г. Эта технология очень быстро распространялась и принималась в Европе.

Карты с оптической памятью основаны на том же принципе, что и музыкальные диски и CD ROM. На карту прикрепляется лазерная панель, покрытая золотом, и она используется для хранения информации. Материал, используемый для этой панели, состоит из нескольких слоев и активизируется, когда на них попадает лазерный луч. Лазер выжигает крошечное отверстие в этом материале, которое потом будет различаться в процессе считывания. Наличие или отсутствие таких выжженных точек означают «единицу» или «ноль». Оптическая карта может хранить информацию объемом от 4 до 6,6 Мб.

Биометрические технологии. Биометрия представляет собой методику распознавания и идентификации людей на основе их индивидуальных физических или поведенческих характеристик. Она появилась в конце XIX в. как раздел науки, занимающейся количественными биологическими экспериментами с привлечением статистических методов. В 50-х гг. XX в. интерес к биометрии получил новый импульс в связи с появлением биометрических систем безопасности.

Биометрия с точки зрения информационных технологий — это совокупность автоматизированных методов и средств идентификации личности посредством измерения уникальных физиологических особенностей или поведенческих характеристик и их сравнения с эталонами, хранящимися в соответствующих базах данных.

Задачи, решаемые с участием биометрических систем:

  • — определение прав физического доступа;
  • — определение прав виртуального доступа — в терминалах компьютерных или банковских сетей, системах удаленного доступа к ресурсам;
  • — учет и контроль.

Основным преимуществом биометрических систем является интерфейсная простота их взаимодействия с клиентом. Главная проблема биометрии — вопрос о надежности.

В настоящее время существует множество биометрических методов, которые делятся на статические и динамические.

Статические методы основываются на физиологической (статической) характеристике человека, т.е. уникальной характеристике, данной ему от рождения и неотъемлемой от него и нередко свободно наблюдаемой окружающими. В рамках реализации статических методов анализируют отпечаток пальца, геометрию лица, геометрию кисти руки.

Динамические методы основываются на поведенческой (динамической) характеристике человека, т.е. они построены на особенностях, характерных для подсознательных движений в процессе воспроизведения какого-либо действия. Их реализуют биометрические устройства и программные средства, предназначенные для анализа динамических образов личности. Динамические образы отражают особенности быстрых подсознательных движений, например, в процессе воспроизведения контрольного слова рукописным почерком или произнесения контрольного слова голосом пользователя. В рамках реализации динамических методов анализируют речь, подпись, клавиатурный почерк, походку.

Идентификация по отпечатку пальца (AFIS) — самая старая технология из всех существующих, но в то же время она считается одной из самых перспективных. Каждый человек имеет уникальные, неизменные отпечатки пальцев.

Отпечаток пальца условно состоит из некоего рода рельефных, так называемых папиллярных, линий, которые образуют сложные кожные узоры (дуговые, петлевые, завитковые) и обладают следующими свойствами:

  • — индивидуальностью, которая выражается в том, что разнообразная совокупность папиллярных линий, образующих рисунок узора по их конфигурации, местоположению, взаиморасположению, неповторима в другом узоре;
  • — относительной устойчивостью, которая заключается в неизменности внешнего строения узора, возникающего еще в период внутриутробного развития человека и сохраняющегося в течение всей его жизни и после смерти вплоть до разложения трупа;
  • — восстанавливаемостью — при поверхностном нарушении кожного покрова папиллярные линии восстанавливаются в прежнем виде.

Все это позволяет осуществлять стопроцентную идентификацию личности по отпечаткам пальцев рук. Системы дактилоскопической идентификации сканируют папиллярный узор с одного из пальцев клиента и сравнивают его с эталонным рисунком. Объем хранимой эталонной информации существенно сокращают, осуществляя классификацию на характерные типы рисунков и выделяя на отпечатке определенные микроособенности. Итоговый идентификационный код не позволяет провести обратную операцию, т.е. похитив этот код, злоумышленник не сможет воссоздать точный рисунок отпечатка.

Идентификация по лицу. Основные этапы реализации технологии идентификации по лицу:

  • — сканирование объекта;
  • — извлечение индивидуальной информации из объекта;
  • — формирование шаблона;
  • — сравнение текущего шаблона с базой данных.

Сканирование лица длится около 20—30 с, в результате

чего формируются несколько его изображений. Процесс основан на создании шаблона в реальном времени и сравнении его с файлом шаблона. Степень подобия, требуемая для проверки, представляет собой некий порог, который может быть отрегулирован для различного типа персонала, мощности ПК, времени дня и других факторов.

Существуют четыре основных метода распознавания лица:

  • — метод анализа изображений в градациях серого на предмет отличительных характеристик лица;
  • — метод анализа отличительных черт адаптирован к изменению мимики и используется шире всего;
  • — метод анализа на основе «нейронных сетей» базируется на сравнении «особых точек», способен идентифицировать лица в трудных условиях;
  • — метод «автоматической обработки изображения лица», который основан на выделении расстояний и отношений расстояний между легко определяемыми особенностями лица человека. Он не так мощен, как остальные, но может быть эффективно использован в плохо освещенных помещениях.

Примеры из практики

Технологии сканирования лица хорошо работают со стандартными видеокамерами, которые подсоединяются к персональным компьютерам и требуют разрешения 320x240 пикселей на дюйм при скорости видеопотока, по крайней мере, 3—5 кадров в секунду. Для сравнения — приемлемое качество для видеоконференции требует скорости видеопотока уже свыше 15 кадров в секунду. При распознавании лиц с большого расстояния существует сильная зависимость между качеством видеокамеры и результатом идентификации.

Проблемы идентификации лица упрощаются при переходе наблюдений в инфракрасный диапазон, т.е. при осуществлении термографии лица, выявляющей картину кровеносных сосудов, снабжающих кожу кровью. Правда, этот метод рассчитан на использование специализированной видеокамеры, что определяет его высокую стоимость.

Идентификация по кисти руки. Технология идентификации по геометрии руки по своему содержанию и уровню надежности вполне сопоставима с методом идентификации личности по отпечатку пальца, однако пока используется в несколько раз реже.

Математическая модель идентификации по данному параметру требует малого объема информации — всего 9 байт. Это позволяет хранить большой объем записей и, следовательно, быстро осуществлять поиск. В США устройства для считывания отпечатков ладоней в настоящее время установлены более чем на 12 тыс. объектах.

Идентификация по рисунку вен. В данном случае в качестве биометрического объекта используется рисунок кровеносных сосудов внешней стороны ладони — они отличаются неповторимостью и весьма стабильны в течение всей жизни, что позволяет их использовать для идентификации. Формирование рисунка расположения вен происходит еще до рождения и отличается даже между близнецами.

В процессе регистрации в инфракрасном диапазоне волн сканируется внешняя сторона ладони. Это позволяет получить достаточно четкое изображение кровеносных сосудов — так, что относительно небольшие порезы или грязь на поверхности кожи не являются препятствием для успешной регистрации пользователя. Кроме того, скорость обработки данных по сравнению с другими биометрическими технологиями весьма высока.

Пользователь регистрируется в системе и сохраняет данные либо в корпоративной базе данных, либо в самом терминале- считывателе, либо данные шаблона записываются на смарт- карту, в таком случае сравнение происходит по схеме «один к одному» и занимает ничтожный промежуток времени.

Идентификация по радужной оболочке и сетчатке глаза. Технические средства и программное обеспечение, способное производить идентификацию такого рода, появились в конце XX в., хотя факт отсутствия двух человек с одинаковой радужной оболочкой был установлен еще несколько десятилетий назад.

У сканеров радужной оболочки имеются значительные преимущества, делающие возможным их применение во многих сферах. Так, способность приборов сканировать глаз на расстоянии метра позволяет использовать их, например, в банкоматах.

Однако у технологии имеются и недостатки — с возрастом расположение пятен на радужной оболочке может меняться, причем довольно сильно; радужная оболочка ребенка способна с возрастом измениться настолько, что биометрическая система просто не сможет ее распознать. Кроме того, ошибка в идентификации может возникнуть при любой самой небольшой травме глаза или даже вследствие бессонницы или повышенных нагрузок на глаза.

Технология сканирования сетчатки реализуется с использованием инфракрасного света низкой интенсивности, направленного через зрачок к кровеносным сосудам на задней стенке глаза. Процедура сводится к тому, что человек наблюдает сквозь специальный окуляр удаленную световую точку. При этом осуществляется инфракрасная подсветка его глазного дна и на нем выделяется дерево кровеносных сосудов, сравниваемое с эталоном.

У данной технологии один из самых низких процентов отказа в доступе зарегистрированных пользователей и практически не бывает ошибочного разрешения доступа. Однако изображение радужной оболочки должно быть четким, поэтому катаракта может отрицательно воздействовать на качество идентификации личности.

Устройства этого класса весьма надежны, в частности, потому, что рисунок глазного дна почти невозможно считать незаметно от его владельца (в отличие от сканирования отпечатка пальца или радужки, например). С другой стороны, приборы сканирования глазного дна являются также одними из самых дорогих и весьма непопулярны у проверяемых, поскольку многие из них считают, что используемая инфракрасная подсветка вредит их глазам.

Идентификация подписи. Биометрическая идентификация рукописной подписи основана не только на анализе ее формы, но и на динамике ее осуществления. Для этого используется так называемая модель последовательных ударов при написании определенных букв.

Мозг при выполнении подписи автоматически формирует соответствующие импульсы для нервов, связанных с группой мускулов. Уникальная динамика процесса подписи проявляется через память мускулов, которая и является предметом биометрической идентификации.

Изображение подписи и данные, сопутствующие процессу подписи, соответствующим способом записываются и хранятся. Таким образом, распознавание подписи — это вид идентификации, которая, с одной стороны, удовлетворяет традиционным юридическим требованиям, а с другой стороны — позволяет идентифицировать исполнителя подписи.

Идентификация по клавиатурному почерку. Метод в целом аналогичен вышеописанному, но вместо росписи используется некое кодовое слово (когда для этого используется личный пароль пользователя, такую аутентификацию называют двухфакторной) и не нужно никакого специального оборудования, кроме стандартной клавиатуры. Основная характеристика, по которой строится сверка для идентификации, — динамика набора кодового слова.

Идентификация голоса. Проверка голоса — биометрическая технология, которая позволяет подтвердить идентичность индивидуума, проверяя уникальные особенности голоса. Основное преимущество данной технологии — это возможность дистанционной проверки пользователя на право доступа к информации. Метод активно используется в работе удаленных отделений организаций.

Процесс регистрации начинается с произношения пароля из трех легко запоминающихся слов. Например, это может быть банальное «мой голосовой пароль». В результате создается так называемый «профиль» голоса пользователя (voiceprint), который регистрируется в базе данных. Затем при проверке достаточно произнести фразу пароля. Система сравнивает «профиль» голоса пользователя с уже записанными «профилями» базы данных. Процесс проверки происходит практически со скоростью произношения фразы пароля.

Недостатком является не слишком высокая устойчивость технологии к естественным изменениям голоса, например, такое острое заболевание, как ларингит, настолько искажает голос, что идентификационная система вполне может не узнать зарегистрированного в ней пользователя.

Выше описаны только самые распространенные методы, существуют еще такие уникальные способы, как идентификация по движению губ при воспроизведении кодового слова, по динамике поворота ключа в дверном замке и т.д.

Общей характеристикой, используемой для сравнения различных методов и способов биометрической идентификации, являются статистические показатели — ошибка первого рода (не пустить в систему «своего») и ошибка второго рода (пустить в систему чужого). Величины ошибок первого рода, присущие тому или иному методу, сильно зависят от оборудования, на котором они реализованы, поэтому ранжировать приведенные методы по ним не принято. По показателям ошибок второго рода биометрической методы выстраиваются от лучшего к худшим в следующей последовательности: радужная оболочка глаза, сетчатка глаза; отпечаток пальца, термография лица, форма ладони; форма лица, расположение вен на кисти руки и ладони; подпись; клавиатурный почерк; голос. Отсюда становится видно, что, с одной стороны, статические методы идентификации существенно лучше динамических, а с другой стороны — существенно дороже. С точки зрения распространенности на рынке основной биометрической технологией является методика сканирования отпечатков пальцев (Fingerprint). По данным International Biometric Group, доля подобных устройств на рынке составляет 52,1%. Далее следуют: технология сканирования геометрии лица (Facial-Scan) —12,4%; технология измерения геометрии руки (Hand-Scan) — 10,0%; технология сканирования радужной оболочки глаз (Iris-Scan) — 5,9%; устройства распознавания голоса (Voice-Scan) — 4,4%; устройства распознавания почерка (Signature-Scan) — 2,1%.

Международная биометрическая группа (International Biometric Group, IBG) выпустила анализ состояния рынка биометрии на ближайшие годы. Согласно прогнозам IBG, основными приложениями биометрических систем будут являться: идентификация граждан (Civil ID) и системы управления доступом к персональным компьютерам и сетям (PC/Network Access).

В ближайшем будущем практически все население в экономически развитых странах будет обеспечено биометрическими удостоверениями личности, информация о которых будет храниться в государственных базах данных, объединенных в глобальную международную идентификационную систему.

Технология штрихового кодирования. Сегодня самая известная из всех технологий бесконтактной идентификации. В соответствии с ней для эффективного учета движения материальных ценностей каждому товару присваивают уникальный код и обеспечивают его быстрое считывание при минимальных ошибках.

Исторический экскурс

Штриховое кодирование было изобретено американским инженером Давидом Коллинзом, который после окончания в 1950-х гг. инженерного факультета Массачусетского технологического института поступил работать на Пенсильванскую железную дорогу, где ему пришлось столкнуться с проблемой сортировки вагонов. Чтобы упростить распознавание вагонов, он предложил записывать их номера не только обычными цифрами, но и специальным кодом, состоящим из красных и синих полос, расположенных на стенке вагона в прямоугольнике длиной до полуметра. Испытания подтвердили, что сканирующее устройство способно правильно считывать коды даже при скорости движения вагона около 100 км/час. В 1968 г. для этой цели впервые использовали лазерный луч.

Штриховой код — это символ, состоящий из рисунка полос (штрихов) и пространства между ними (пробелов), отображающий машинный код букв и чисел в двоичной системе.

Штрих (полоса) — темная зона изображения на однотонном светлом фоне, ограниченная прямыми параллельными линиями или концентрическими окружностями. Элементы штрихового кода наносятся на поверхность носителя, имеющего определенные светотехнические характеристики. При этом штрихи, наносимые с помощью красителей или каких-то других средств, хорошо поглощают свет на определенных длинах волн, а фоновая поверхность хорошо его отражает, что и используется при оптическом считывании.

Пробел — пространство между штрихами. В большинстве кодов в ширине пробела заключена определенная информация, лишь в некоторых кодах пробел — вспомогательная часть изображения и выполняет функцию элемента-разделителя.

Штриховое кодирование. У штриховых кодов существует множество различных кодировок. Каждая из них имеет свои собственные правила для изображения символа, т.е. написание, порядок слов, знаки препинания, требования для печати и декодирования, проверки ошибок и других характеристик.

Различные кодировки отличаются как по представлению данных, так и по типам данных, которые они могут содержать: одни кодируют только цифры, другие — цифры, буквы и некоторые знаки препинания. Новейшие кодировки имеют возможность кодировать символы из различных языков одновременно, а некоторые даже позволяют с помощью преднамеренно заложенной избыточности восстанавливать закодированные данные, если вдруг код поврежден.

Наиболее широко используются так называемые линейные штриховые коды. Они состоят из темных штрихов и светлых пробелов между ними, соотношение ширины которых и определяет закодированную информацию. Эти коды могут содержать обычно от 15 до 50 символов в зависимости от типа и формы.

Двумерные штриховые коды разработаны для повышения количества кодируемой информации. В зависимости от типа максимальное количество содержащихся символов может составлять до 2000, а у некоторых — почти 4000. Двумерные штриховые коды подразделяются на два основных вида: многорядные коды (англ, multi-row code) и матричные коды (matrix code).

В многорядных кодах данные кодируются в виде нескольких строчек обычных одномерных штриховых кодов. Они находятся одна над другой и составляют форму прямоугольника, но при этом содержат единое информационное сообщение. Это — как единый текст, написанный в несколько строк. В отличие от традиционных линейных символик штрихового кода, которые позволяют представлять в символе штрихового кода короткую последовательность данных, являющуюся, как правило, ключом к записи во внешней базе данных, многострочные символики позволяют кодировать информацию в полном объеме. Кроме того, многострочные символики включают в себя специальные механизмы по сжатию данных

(защите их от повреждения, связыванию информации), представленных в нескольких символах, в один большой файл; представлению различных наборов знаков в одном сообщении. Примерами таких кодов являются PDF 417, MaxiCode.

Матричный код основан на расположении черных элементов внутри матрицы. Каждый черный элемент имеет одинаковый размер, и данные кодируются позицией элемента. Матричные коды обеспечивают максимально возможную плотность информации, которую можно считать оптическими методами. По форме они бывают квадратными, шестиугольными и круглыми. Эти коды считываются только с помощью специализированных сканеров изображений со встроенными декодерами. Их особенность состоит в том, что они могут быть изготовлены не только печатью на этикетках, но и, например, гравировкой и штамповкой на металле и других материалах. Примерами таких кодов являются Data Matrix, Aztec Code.

В настоящее время все более широко используется еще одно семейство кодов — так называемые композитные символики (Composite Symbologies), состоящие из двух частей: линейного символа и напечатанного над ним двумерного компонента. В этом семействе два кода располагаются на фиксированном расстоянии друг от друга и содержат взаимосвязанную информацию. Они предназначены для задач, в которых в различные моменты времени нужны разные виды информации о кодируемом объекте. Отличительной особенностью композитной символики является использование линейного символа в качестве ссылки (ключевой информации) для двумерного компонента. Это позволяет существенно сократить площадь двумерного компонента.

Стандарты штриховых кодов распространяются на их печать, сканирование и верификацию. Эти стандарты обеспечивают взаимодействие производителей оборудования и этикеток и тех, кто использует коды в своей деятельности. Изготовление штриховых кодов осуществляется двумя способами — печать на рабочем месте самим пользователем и печать производителем этикеток.

Примеры из практики

Системы кодирования. В настоящее время существует более 50 систем штрихового кодирования. В Америке в 1973 году появился «Универсальный товарный код» (англ. UPC — Universal

Product Code) для использования в промышленности и торговле. В Западной Европе для идентификации потребительских товаров с 1977 г. стала применяться аналогичная система под названием «Европейский артикул» (англ. European Article Numbering — EAN). Европейская система кодирования является разновидностью UPC. Код EAN представляет собой набор цифр от 0 до 9. Все кодовое обозначение может выражаться восемью (EAN-8) или тринадцатью (EAN-13) цифрами. Сокращенный символ (EAN-8) используется для маркировки товаров малых размеров. Американский и западноевропейский коды совместимы. Единственная разница между ними заключается в том, что код UPC содержит 12, а код EAN — 13 знаков.

В настоящее время штриховые коды «EAN/UPC» лежат в основе всемирной многоотраслевой коммуникационной системы, создание которой обеспечивается двумя крупнейшими специализированными международными организациями — EAN International и AIM International. Штриховой код символики EAN/UPC, представленный семейством символов EAN-8, EAN-13, UPC-A, UPC-E, предназначен для кодирования цифровой информации и является одним из основных машиночитаемых носителей данных в рамках международной системы EAN/UCC.

Широко известна также западногерманская система кодирования: BAN (нем. Bunaeseinheitliche Artikelnummer).

Наряду с перечисленными широко применяются: код «2 из 5»; код «39» (Code 39); код «Кодабар» («Codabar»).

Код «2 из 5» — один из самых простых. Знаки кода, обозначающие цифры от 0 до 9, содержат пять штрихов, два из которых широкие, а три — узкие. Соотношение ширины широкого и узкого штрихов составляет 2:1 или 3:1. В первом случае в знаке изображения 12, а во втором — 14 модулей. Пробелы между штрихами информации не несут, и, как правило, ширина пробела равна ширине узкого штриха. В двоичном представлении кода «2 из 5» узкий штрих идентичен двоичному 0, а широкий штрих — двоичной 1. Помимо цифр данный код имеет знаки «СТАРТ» и «СТОП», в изображении которых используются всего три штриха, два из них — широкие. Код «2 из 5» является дискретным (пробелы не несут информации), поэтому его печатание упрощается, и самопрове- ряющимся, т.е. одиночные ошибки обнаруживаются автоматически. Недостатком кода «2 из 5» является относительно низкая плотность штрихов и пробелов и отсутствие возможности кодирования алфавитной информации.

Код «39». Его наименование связано со структурой изображения знаков «3 из 9», где три элемента знака (два штриха и один пробел) из девяти являются широкими, а остальные шесть — узкими. В сущности, код «39» представляет собой расширение кода «2 из 5» для обозначения букв алфавита и некоторых других символов помимо десяти цифр. Каждый знак кода «39» представлен пятью штрихами и четырьмя пробелами. По сравнению с кодом «2 из 5» число вариантов изображения знака увеличивается в четыре раза и позволяет отобразить 40 различных знаков. Предусмотрены четыре дополнительных знака (доллара, «/», «+», «%»). Код «39» является дискретным, контролируемым. Достоинством этого кода является его очень высокая надежность, которая может быть увеличена добавлением в символ контрольного знака. Согласно исследованиям, ошибки считывания составляют не более одной на 3 млн считанных символов.

Код «Кодабар» — это дискретный, семиэлементный штриховой код, содержащий цифры 0...9, знаки «+», «-», «:», «/», «.», знак доллара и четыре знака «СТАРТ/СТОП». Знаки штрихового кода «Кодабар» ограничены слева и справа, их изображение состоит из четырех штрихов и трех пробелов. В двоичном представлении кода широкий штрих или широкий пробел между штрихами соответствует двоичной 1, а узкий штрих или узкий пробел — двоичному 0. Знаки «Кодабар» представляются семибитным двоичным кодом. В изображении первых — два широких элемента (штрих и пробел). В специальных знаках три широких штриха, а в знаках «СТАРТ/СТОП» — два широких пробела и один широкий штрих. В Российской Федерации используются в основном форматы EAN-13 (EAN-8) для нанесения на товары и ITF для использования на транспортных упаковках. На импортируемых товарах можно найти также штрих-коды формата UPC, распространенные в США. Поскольку технология штрихового кодирования подразумевает уникальность штрих-кода для каждого товара, то необходимо централизованное распределение штрих-кодов. Для решения этой задачи в 1977 г. была создана международная некоммерческая и неправительственная организация EAN International, представителем которой в России является «Ассоциация автоматической идентификации ЮНИСКАН/EAN Россия». Предварительно зарегистрировавшись в этой ассоциации, производитель может получить штрих-коды на все выпускаемые им товары. Выдаваемые в России коды EAN-13 имеют префиксы (первые несколько цифр) 460—469. Префиксы 20—29 выделены для так называемых внутренних кодов — предприятие может не регистрировать коды с такими префиксами и свободно использовать их для внутреннего контроля (например, нанести на оборудование для последующей инвентаризации).

По мнению специалистов, системы штрихового кодирования имеют значительную перспективу, поскольку являются естественным материалом для ЭВМ и дают возможность решить одну из самых сложных компьютерных проблем — ввод данных. Это связано с тем, что ЭВМ легче считывает широкие и узкие штрихи и промежутки между ними, чем буквы и цифры. Такая система почти полностью исключает ошибки. Самый простой способ ввода информации в ЭВМ осуществляется с помощью клавиатуры. Однако этот способ не современен, так как при самой высокой квалификации оператор не может достаточно быстро ввести информацию. Кроме того, очень много времени требуется на поиск и исправление ошибок (оператор допускает в среднем одну ошибку на каждые 300 печатных знаков).

Технология радиочастотной идентификации (RFID- технологии). Радиочастотное распознавание осуществляется с помощью закрепленных за объектом специальных меток, несущих идентификационную и другую информацию. Этот метод стал основой построения современных бесконтактных информационных систем и имеет устоявшееся название «RFID-технологии» — аббревиатура от Radio Frequency Identification, что в переводе и означает «радиочастотная идентификация».

Исторический экскурс

История использования RFID для управления цепочкой поставок в розничной торговле началась в 1997 г., когда эта идея пришла в голову сотруднику компании «Procter & Gamble» Кевину Эштону. Ему удалось убедить свою компанию, а также такие крупные компании, как «Wal-Mart», «Coca-Cola», «Johnson & Johnson», «Unilever», «Home Depot», «PepsiCo», что эта идея имеет будущее. При поддержке этих и многих других компаний на базе Массачусетского технологического института была создана лаборатория Auto-ID Center по исследованию вопросов применения и выработки стандартов RFID для управления цепочкой поставок. Технология, разработанная ей, была передана «EPCglobal» — организации, которая стала отныне управлять и развивать стандарты RFID.

Микросхема RFID передает информацию в радиодиапазоне на устройство считывания или сканер. Традиционные печатные штрих-коды обычно считываются лазерным сканером, которому для определения и извлечения информации требуется прямая видимость. При использовании технологии RFID сканер может считать закодированную информацию, даже когда бирка с ней скрыта, например, встроена в корпус изделия или вшита в одежду.

Бирка RFID на основе микросхемы может содержать намного больше информации, чем обычный штрих-код, и в отличие от штрих-кодов передавать данные от различных упаковок, находящихся в тележке покупателя, на поддоне или даже из коробок в закрытом контейнере с товарами.

Системы радиочастотной идентификации состоят из трех основных компонентов: считывателя или сканера (ридера), транспондера (обычно называемого меткой, биркой или тагом от англ, tag) и компьютерной системы обработки данных.

Считыватели подключаются к биркам по радиосвязи, получают от бирок данные и отправляют полученную информацию в базы данных. Считыватель имеет приемопередающее устройство и антенну, которые посылают сигнал к транспондеру и принимают ответный; компьютерная система проверяет и декодирует данные, а также сохраняет данные для последующей передачи, если это необходимо.

Зачастую антенна монтируется в один корпус с приемником и декодером, образуя считыватель, который может быть как переносным, так и стационарным. Антенны бывают различных размеров и форм. Они или встраиваются в дверную коробку, чтобы получать данные о человеке, прошедшем через дверной проем, или же монтируются над автострадой для мониторинга транспортного потока. Одна антенна способна одновременно считывать несколько меток, находящихся в зоне ее действия.

Считыватель излучает электромагнитные волны определенной частоты, чтобы активизировать метку и считать и (или) записать данные. Расстояние, на котором может проходить считывание и запись информации, может варьироваться от нескольких миллиметров до десятков метров в зависимости от мощности излучения и используемой радиочастоты — чем выше диапазон частот системы RFID, тем это расстояние больше. Когда радиочастотная метка попадает в зону излучения, она определяет сигнал активации. Считыватель декодирует данные, закодированные во внутренней цепи метки (чипе), и данные передаются в базовый компьютер для обработки.

Основные компоненты транспондера — интегральная микросхема, управляющая связью со сканером, и антенна. Интегральная микросхема (чип) имеет память, которая содержит идентификационный код или другие данные. Транспондер обнаруживает сигнал от сканера и начинает ему передавать данные, сохраненные в его памяти, при этом нет никакой необходимости в контакте или прямой видимости между ними, поскольку радиосигнал легко проникает через неметаллические материалы. Транспондеры даже могут быть скрыты внутри тех объектов, которые подлежат идентификации, и бывают активными или пассивными.

Активные транспондеры работают от присоединенной или встроенной батареи, они требуют меньшей мощности от считывателя и, как правило, имеют большую дальность чтения. Обычно данные в них могут быть многократно считаны и перезаписаны. Объем памяти активных меток может быть различный в зависимости от задач, вплоть до 1 Мб. Однако при этом они имеют больший размер, большую стоимость и ограниченный срок службы (он может достигать максимум 10 лет и зависит от рабочей температуры и типа элемента питания).

Пассивный транспондер функционирует без источника питания, получая энергию из сигнала сканера, используя индуктивную связь. Он состоит из антенны, конденсатора и небольшой полупроводниковой микросхемы. Новейшие разработки позволяют объединять эти компоненты на акриловой подложке, уменьшая стоимость устройств RFID и позволяя производителям прикреплять к товарам бирки точно так же, как обычные этикетки.

Пассивные метки меньше и легче активных, они дешевле, имеют фактически неограниченный срок службы, не нуждаются в батарейках и, соответственно, не требуют технического обслуживания. Недостатком является меньшая дальность считывания и необходимость в более мощном считывателе. Обычно пассивными бывают метки, которые содержат запрограммированный при изготовлении код (от 32 до 128 бит), который не может быть изменен. Эти метки наиболее часто служат уникальным номером объекта в базе данных, аналогично линейному штриховому коду.

Активные и пассивные транспондеры могут обладать различным типом организации памяти. Они подразделяются на неперезаписываемые — только для чтения R/O (Read Only), содержащие записанный на заводе уникальный код, а также с чтением-записью R/W (Read Write), код в которую заносится пользователем, в ряде случаев многократно.

Примеры из практики

Область применения системы радиочастотной идентификации определяется ее частотой. По этому параметру RFID-системы подразделяются на следующие:

  • — низкочастотные (100—500 кГц), которые используются там, где допустимо небольшое расстояние между объектом и сканером. Обычное расстояние считывания составляет 0,5 м, для самых маленьких транспондеров дальность чтения, как правило, еще меньше — около 0,1 м. Большая антенна сканера может в какой-то мере компенсировать это, но помехи со стороны высоковольтных линий, моторов, компьютеров, ламп дневного света и т. п. мешают ее работе. К главным недостаткам низкочастотных систем RFID следует отнести в первую очередь низкую скорость радиообмена и технологическую сложность изготовления высокоиндуктивных антенн транспондеров. Низкая скорость обмена не позволяет считывателю различать несколько транспондеров, одновременно находящихся в поле его антенны. Спиральные или магнитные антенны низкочастотных транспондеров, как правило, требуют сложного намоточного оборудования. Эти системы наиболее часто используются для систем управления доступом, контроля перемещения имущества и идентификации животных. Низкочастотные сигналы могут проникать через строительные материалы, через тела людей или животных, тогда как микроволновые сигналы не могут. Этот эффект тоже может быть как недостатком, так и достоинством системы, в зависимости от ее назначения. Они широко распространены и имеют невысокую цену;
  • — промежуточной частоты (10—15 МГц), наиболее распространена частота 13,56 МГц. Для антенн-транспондеров можно применять нанесенную на подложку фольгу, печатные проводники на плате, это существенно удешевляет производство по сравнению с низкочастотными. Разработки микросхем для транспондеров в диапазоне 13,56 МГц имеются у целого ряда известных производителей: это Philips (технология MIFARE), Texas Instruments (Tag-ItTM), Microchip и многие другие;
  • — высокочастотные (850—950 МГц и 2,4—5 ГГц), которые используются там, где требуется большое расстояние (более 25 м) и высокая скорость чтения, так как объекты могут двигаться со скоростями до 400 км/час, например скоростная железная дорога TGV во Франции. Сканеры таких систем устанавливают на воротах или шлагбаумах склада, при этом транспондер закрепляется на ветровом или боковом стекле автомобиля, привозящего или отвозящего груз. Большая дальность действия делает возможной безопасную установку сканеров вне пределов досягаемости людей. Высокочастотные системы существенно сложнее и дороже предыдущих. Некоторые приборы используют частоту 5,8 ГГц для высокоскоростных транспортных средств.

Частным случаем систем радиочастотной идентификации являются широко применяемые в торговле системы защиты от краж (Electronic Article Surveillance, EAS). Они используют следующие частоты: 70—1000 Гц — электромагнитные (EM-EAS); 58 кГц — акусто-магнитные (AM-EAS); 1,95—8,2 МГц — радиочастотные (RF-EAS). В них в большинстве случаев транспондер содержит только один бит информации. EAS-технология предполагает идентификацию предметов во время прохождения через зону контроля — специальные ворота.

Говоря об основных преимуществах новой технологии, надо отметить, что она, с одной стороны, не требует контакта или прямой видимости объекта и сканера, а с другой — позволяет:

  • — считать данные быстро и точно;
  • — работать даже в агрессивных средах;
  • — распознать информацию через слой грязи, краски, воду, пластмассу, древесину;
  • — иметь фактически неограниченный срок эксплуатации при пассивном исполнении;
  • — нести в транспондере большое количество информации;
  • — практически исключить возможность подделки;
  • — не только считать, но и записывать в транспондер необходимую информацию.

Сегодня RFID-технологии имеют широкое применение, они обеспечивают:

  • — электронный контроль доступа и перемещений персонала на территории предприятий и складов;
  • — управление производством, товарными и таможенными складами, магазинами;
  • — выдачу и перемещение товаров и материальных ценностей;
  • — автоматический сбор данных и при необходимости начисление оплаты на железных дорогах, платных автомобильных дорогах, на грузовых станциях и терминалах;
  • — контроль, планирование и управление движением, интенсивностью графика и выбором оптимальных маршрутов автотранспорта;
  • — управление движением общественного транспорта и оптимизацию пассажиропотоков;
  • — защиту дорогих изделий на складах и в магазинах;
  • — защиту и сигнализацию на транспортных средствах.

Примеры из практики

Крупнейшая торговая компания мира «Wal-Mart» объявила об обязательном переходе своих магазинов на систему RFID. С тех пор цена на бирки RFID снизилась вдвое, что, по мнению специалистов компании, приведет к революции в мире розничной торговли и полному изменению цепочек поставок. Ста крупнейшим поставщикам «Wal-Mart» было предложено перейти на использование в своих упаковках бирок RFID. По оценкам некоторых аналитиков, одной только «Wal-Mart» вскоре в год потребуется миллиард микросхем RFID, и спрос на эти устройства будет только расти. Министерство обороны США одобрило новую систему идентификации на федеральном уровне, потребовав от своих поставщиков установить бирки RFID на промышленные детали и поддоны к 2005 г.

В течение многих лет продвижением технологии RFID и созданием соответствующей инфраструктуры занималась корпорация Intel. Сегодня она разрабатывает устройства считывания, новые модели использования, а также работает над повышением эффективности функционирования цепочки поставок. Хорошим примером ее активности в развитии новой технологии стала одна из последних разработок исследовательского центра Intel в Сиэтле — карманное устройство считывания бирок RFID и специальная перчатка для считывания. Такой прибор, позволяющий пользователям легко и просто работать с бирками RFID, вызвал огромный интерес во всем мире.

В США RFID-этикетки, основанные на радиочастотной идентификации, сейчас находятся в самом начале пути полной коммерциализации. В сфере упаковки это означает широкое применение излучающих радиосигналов чипов на поддонах и контейнерах. В итоге ожидается, что такие этикетки более широко будут прикреплять также и к первичной упаковке. Ярлыки позволят компаниям отслеживать путь упакованного товара, чтобы улучшить сбор данных, контроль передвижения товара, усовершенствовать систему безопасности.

Определенные сложности возникли на пути к созданию общемирового частотного стандарта для RFID-технологий из-за промедления европейских властей с выделением радиоспектра, поскольку используемая в США частота 915 МГц занята в Европе мобильной телефонной связью. Европейский институт по стандартам в области телекоммуникаций (ETSI от European Telecommunication Standards Institute) недавно утвердил стандарт ETSI 302 208, предусматривающий увеличение мощности излучения европейских RFID-сканеров и использование ими расширенной полосы частот в диапазоне УВЧ, от 865 до 868 МГц. Новый стандарт создает условия для гармонизации RFID-систем по всем странам ЕС и ускоренного внедрения радиочастотной идентификации в системы управления цепочками поставок.

Предложенные стандарты частоты позволяют повысить дальнодействие RFID-систем вплоть до 5 м. Этого достаточно, например, для считывания данных при перемещениях маркированных поддонов через портал склада. В ближайшей перспективе предстоит принять местные законодательные акты для введения стандарта в действие на территориях конкретных стран — членов ЕС. Сегодня, чтобы не ошибиться с выбором RFID-оснащения, необходимо тщательно проверять его на соответствие стандарту ETSI 302 208. В общем системы радиочастотной идентификации применяются в тех довольно разнообразных случаях, когда требуется оперативный и точный контроль, отслеживание и учет многочисленных перемещений различных объектов. Существует не так много технологий, которые несут с собой кардинальные изменения, но RFID и электронные товарные коды, по единодушному мнению специалистов, несомненно, относятся к этой категории. Их использование затронет все бизнес-процессы вне зависимости от места в стоимостной цепочке и неизбежно заменит традиционную технологию штрих-кодов.

Следует отметить, что в западном обществе наблюдается определенное противодействие внедрению этой технологии. Так, в США и Европе защитники прав потребителей обеспокоены использованием бирок RFID на товарах розничной торговли, опасаясь, что с их помощью компании смогут отслеживать все пристрастия потребителей и таким образом вторгаться в личную жизнь людей. Поэтому центр Auto-ID, исследовательский консорциум RFID, размещающийся в Массачусетском технологическом институте, предложил дать предприятиям розничной торговли возможность отключать бирки RFID на выходе из магазинов. Некоторые производители уже начали выпускать бирки с такой функцией.

Большинство аналитиков, работающих в отрасли, считают, что преимущества от использования технологии RFID, связанные с повышением качества обслуживания, перевесят любые издержки, связанные с внедрением.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >